Накопление некоторых тяжелых металлов в почвах и растениях вблизи железной дороги Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

гъ

Гк

□ конц. свинца незначительна

□ конц. свинца равнв ГЩК

□ конц. свинца в 2р>ГЩК ■ контроль

6.03. 23.03. 11.04. 20.04. 10.05. 18.05. дата

6.03.02-всходы пшеницы 23.03.02 - начало фазы кущения 11.04.02 - середина фазы кущения

20.04.02 - конец фазы кущения 10.05.02 -начало фазы трубкования 18.05.02 -конец фазы трубкования

Рис.1. Содержание хлорофилла в пшенице, выращенной на почве с различным содержанием свинца

- наибольшее влияние свинец оказывает в почве, где концентрация его превышает ПДК в два раза (по сравнению с остальными вариантами, где его концентрация не превышает ПДК) - так, содержание глюкозы уменьшилось на 51%, а хлорофилла на 21% по сравнению с контролем;

- в вариантах на песке свинец влияет сильнее, чем в почве, что объясняется поглотительной способностью почв посредством глинистых частиц и органического вещества -так, в третьем варианте, где концентрация свинца превышает ПДК в два раза, содержание хлорофилла уменьшилось на 33%,а глюкозы - на 56%-ным по сравнению с контролем на песке;

- на процесс накопления глюкозы свинец влияет в большей степени, чем на накопление хлорофилла, что находит отражение в литературе.

Результаты данной работы могут представлять интерес для специалистов сельского хозяйства.

Список литературы

1. Алексеев Ю.В. Тяжёлые металлы в почвах и растениях. - П.: Агропро-

миздат, 1987. - 143с.

2. Баславская С.С., Трубецкова О.М. Практикум по физиологии расте-

ний. - М.: МГУ, 1964. - 328с.

3. Бахарева А.Ф. Почвы Курганской области,- Курган,-1984.-160С.

4. Борисков Д.Е., Борискова Н.Ш. Химические загрязнители.-Курган:

КГСХА, 2000.-77с.

5. Голубев И. Ф. Техника и методика ускоренного анализа почв. - М.: МГУ,

1962 - 104с.

6. Егоров В.П. Почвы Курганской области. - Курган, 1984.-126С.

7. Объяснительная записка к радиологической карте по результатам

Зеленогорской экспедиции /Илларионов РД. и др. - Свердловск, 1991. - 115с.

8. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для хими-

ческого, бактериологического, гельминтологического анализа. ГОСТ 17.4.4.02.84. Издание официальное. Гос. Комитет СССР по стандартам. - М.: Наука, - 1981,- 46с.

9. Практикум по агрохимии / Под ред. В.Г.Минеева. - М.: МГУ, 1989,-

242с.

10. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов. Санитарные правила и нормы. Сан.П.и.Н.2.2.1./2.1.1.567-96.-М.: Информационно-издательский цетр Минздрава России, 1997-106с.

11. Свинец в окружающей среде /В.В.Добровольский, А.Н.Обухов, Е.А.Ло-

банов и др. Отв. ред. В.В.Добровольский. - М.: Наука, 1987 - 179с.

12. Система земледелия и землеустройства Целинного района Курганской области //Росземпроект. - Курган: Урал Гипрозем, 1989- 106с.

13. Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах//Матер. Научно-практической конф. - М, 1994. - 288с.

14. Хенли Э. Радиационная химия/Пер. с анг. В.И.Лысцова. - М.: Атомиз-

дат, 1974. - 415с.

Л.В. Тихонова, О.В. Тельминова Курганский государственный университет, кафедра неорганической и аналитической химии; А.П. Ларионова

Курганский государственный университет, кафедра ботаники и генетики

НАКОПЛЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ И РАСТЕНИЯХ ВБЛИЗИ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ

Изучено состояние почвы и растительности в районе железной дороги (пос. Керамзитный, г.Курган). Показано, что в почве и растительности присутствуют свинец, железо и медь в количествах, превышающих ПДК в 2-25 раз. Выявлено влияние местоположения пробной площадки на содержание тяжелых металлов в почве и растительности. Видовой состав растений на исследуемой территории оказался скудным: распространены растения трех семейств.

Почва является самостоятельным естественно-историческим биокостным телом, составной и главной функциональной частью биосферы, областью распространения жизни на земле. Она существенно отличается от воздушной и водной частей геохимического ландшафта своими депонирующими свойствами. Поллютанты, попавшие в почву, сохраняются в ней десятилетиями, возможно и дольше, впоследствии загрязняя воздух, воду, накапливаясь в растениях, переходя через трофическую цепь в животные организмы. Ксентобиотики в виде мельчайших пылевидных частиц могут попасть в организм человека не только через трофическую цепь, но и непосредственно из почв в организм человека, минуя растения. При этом загрязнители вызывают те же заболевания, что и при попадании через продукты питания. При таком поступлении ксентобиотиков заболевания проявляются за более короткий срок. Движение воздуха легко поднимает пылевидные частицы и разносит их на значительное расстояния от источника загрязнения. Особенно усиливается этот процесс в случае, если почва не покрыта растительностью.

В настоящее время в почвы техногенных и даже природных, биогенных ландшафтов попадают самые различные вещества, в количествах, намного превышающих их естественное содержание. Выявлены в почвах и тяжелые металлы [1].

Накопление тяжелых металлов растениями, произрастающими на загрязненных почвах, в значительной степени зависит от уровня загрязнения последних. Однако, сильная прямая корреляция между этими показателями обнаруживается не всегда, поскольку поток тяжелых металлов из почвы в растения определяется не только валовым содержанием, но и содержанием в почве подвижной формы. Последнее связано с химическим составом техногенных выбросов, защитными (буферными) способностями почвы и так далее [2, 3].

Тяжелые металлы могут поступать в растительный организм двумя путями: из почвы и атмосферы. Большая часть тяжелых металлов поступает в растительный организм в результате адсорбции корнями из почвенного раствора в виде поверхностной пленки, их которой они затем мобилизируются растениями. В литературе отмечается способность железа, свинца, кадмия и цинка аккумулироваться в свободном пространстве корня в значительных количествах.

По степени подвижности при поступлении в растения тяжелые металлы располагаются в порядке:

Cd>Cu>Ni>Pb>Cr.При поступлении в растения между разными микроэлементами имеет место конкурентное, аддитивное и синергическое взаимодействие. Так, при увеличении содержания цинка уменьшается содержание кальция, стронция и кобальта, а увеличивается концентрация калия, меди, свинца [1,2,5]. Определенное количество тяжелых металлов поступает в растения через листья из атмосферы. На скорость проникновения влияет толщина кутикулы.

Количество тяжелых металлов, которые накапливаются на листовой пластинке, зависит от ее изрезаннос-ти, наличия смолистых веществ, воска. Вероятно, металлы закрепляются в восковом налете и не смываются водой, таким образом, значительная часть находится в пассивном состоянии и не смывается и не перемещается в другие органы и ткани [7]. Отмечено накопление тяжелых металлов в почвах и растениях вблизи железной дороги. Пути проникновения тяжелых металлов в почву различны: трение металлических частей механизмов и машин (накопление меди и свинца), коррозия (накопление железа), выбросы двигателей внутреннего сгорания, унос пыли при перевозке грузов (накопление меди и свинца) [6].

Для выяснения влияния железнодорожного транспорта на загрязнение почв и растительности тяжелыми металлами нами было заложено восемь пробных площадок у платформы 2370 километра (поселок Керамзит-ный, город Курган). Пробные площадки расположены с учетом микрорельефа на уровне полотна железной дороги на расстоянии 1, 3, 6 и 8 метров, на откосе - 3 метра, ниже уровня полотна железной дороги - 5, 6 и 10 метров.

Отбор проб почвы на исследуемом участке проводили с помощью почвенного тростевого бура на глубину 25 см. С каждой площадки почвы было взято не менее 500 грамм. На пробных площадках определяли флористический состав, проективное покрытие [5].

Проведен качественный анализ водной вытяжки из почв. В результате были обнаружены следующие ионы:

Na+, Pb2+, Ca2+, Al3+, Zn2+, Fe3+, ^2+, а-, NO3-, SO42-, PO43-, ^32-. Проведен количественный анализ меди, свинца и железа в образцах почвы. Для этого использовались следующие вытяжки из почвы: солянокислая (1н. раствор) для определения железа; азотнокислая (1н. раствор) для определения меди и свинца. Железо определялось фотоколориметрически с сульфосалициловой кислотой (образуется комплексное соединение фиолетового цвета при рН=1,8-2,5) Х= 510 нм; L=2 см. Свинец определялся фотоколориметрически с плюмбоном (образуется комплексное соединение желто-оранжевого

цвета рН=7,0-7,3) Х= 540 нм; L=2 см. Медь определялась иодометрически. Во всех пробах почвы отмечается высокое содержание исследуемых тяжелых металлов, причем наблюдается превышение ПДК (табл. 1).

Таблица 1

Содержание железа, меди и свинца в почве пробных площадок (мг/кг)

Место взятия пробы Расстояние от источника загрязнения (м) Элемент (мг/кг)

железо Медь Свинец

пд К В пробе ПД К В пробе пд К В пробе

На уровне полотна дороги 1 100 1025 3 25,6 6 25,5

3 774 20,9 20,5

6 550 15,4 10,5

8 450 12,8 7,5

На откосе 3 625 18 30,5

Ниже уровня полотна дороги 5 750 19,2 10,5

6 1575 26,8 11,5

10 2000 33,3 55

Содержание железа превышает ПДК в 4,5-10 раз в почве с участков, взятых на уровне полотна железной дороги, на откосе - в 6 раз, ниже уровня полотна железной дороги в 7-20 раз.

Содержание меди превышает ПДК в 3-8 раз в почве с участков, взятых на уровне полотна железной дороги, на откосе - в 6 раз и ниже уровня полотна железной дороги - в 6-11 раз.

Превышение ПДК по свинцу вблизи железной дороги в 1-4 раза, на откосе - в 5 раз, ниже уровня железной дороги - в 1,75-9 раз.

Анализ приведенных данных выявляет следующую закономерность: аккумуляция металлов в почве на уровне полотна железной дороги тем больше, чем ближе расположена пробная площадка к источнику загрязнителей, на откосе содержание тяжелых металлов превышает ПДК в 5-6 раз; ниже уровня полотна железной дороги превышение ПДК наблюдается больше всего. Следовательно, большая часть поллютантов вымываются осадками из почвы вблизи железнодорожного полотна и депонируется ниже уровня полотна железной дороги.

Травянистую растительность состригали с учетной площадки в один квадратный метр, связывали в снопики, взвешивали в свежем виде, подсушивали до воздушно-сухого состояния и хранили в бумажных пакетах [4].

Был проведен качественный анализ водной вытяжки растительности, который показал наличие тех же ионов, что и в вытяжке почвы. Медь, железо и свинец были определены количественно. В итоге были получены следующие результаты: содержание железа превышает максимально-допустимое содержание на пробных площадках, расположенных на уровне полотна железной дороги в 7-25 раз; на откосе - в 17 раз; ниже уровня полотна железной дороги - в 5-14 раз (табл. 2).

Таблица 2

Содержание железа меди и свинца в растениях пробных укосов (мг/кг)

Место взятия пробы Расстояние от источника загрязнения (м) Элемент (мг/кг)

железо медь Свинец

пдк В пробе ПДК В пробе пдк в пробе

На уровне полотна дороги 1 5-250 3592,2 6-15 76,7 2-14 53,2

3 1293,3 58,8 44,8

6 458,7 28,3 30,8

8 405,6 25,3 28,33

На откосе 3 889,2 57,8 40,0

Ниже уровня полотна дороги 5 719,6 50,6 38,6

6 688 30,1 33,0

10 251,5 19,1 18,8

Таблица 3

Урожайность травянистой растительности пробных укосов (г воздушно-сухой массы на м2)

Место взятия пробы Расстояние от источника загрязнения (м) Покрытие (%) Урожайность (г воздушно-сухой массы на м2) Семейства доминирующих видов

На уровне полотна дороги 1 40 45,59 Ро^опасса1, Chenopodiaceal

3 80 97,66 Asteгaceal

6 62 77,40 Asteгaceal

8 60 65,00 Asteгaceal

На откосе 3 52 68,11 Asteгaceal

Ниже уровня полотна дороги 5 50 41,54 Asteгaceal

6 50 71,70 Asteгaceal, Fabaceal

10 50 24,65 Asteгaceal

Анализ приведенных данных выявил следующую закономерность: чем дальше расположение участка, с которого была взята травянистая растительность, от полотна железной дороги, тем меньше содержание тяжелых металлов.

СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 1

107

Сопоставление данных по содержанию тяжелых металлов в почве и растительности свидетельствует о превышении ПДК по одним и тем же тяжелым металлам в растительности и почве с одной площадки.

Анализ пробных укосов травянистой растительности (табл. 3) показывает, что урожайность растений больше на возвышенных участках по сравнению с участками, расположенными ниже уровня полотна железной дороги. Вблизи полотна железной дороги доминируют виды из семейства Polygonaceal, Chenopodiaceal и Asteraceal. По мере отдаления от источника загрязнения доминирующими видами остаются семейство Asteraceal и появляются растения семейства Fabaceal. На суходольных лугах урожайность растений семейства Asteraceal и Fabaceal достигает 300-400 г воздушно-сухой массы. На экспериментальных участках вблизи железной дороги воздушно-сухая масса травянистой растительности в 3-6 раз ниже. Это свидетельствует об угнетении растений в исследуемых условиях.

В результате проведенного исследования выявлено влияние железнодорожного транспорта на состояние почвы и растительности. Определение железа, меди и свинца в почве и растениях показывает, что в исследуемых объектах уровень содержания тяжелых металлов значительно превышает ПДК. Урожайность растений, произрастающих на исследуемых почвах, низкая. Эти факты свидетельствуют о загрязняющем воздействии железнодорожного транспорта на окружающую среду.

Литература

1. АлексеенкоВ.В., АлексеенкоЛ.П. Биосфера ижизнедеятельность.-М.:Логос,2002.- 212с.

2. Добровольский В.Г., Гришина А.А. Охрана почв. - М.: Изд-во Московского ун-та, 1985. - 268с.

3. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 1991. - 151 с.

4. Ковальский В.В., Гололобов А.Д. Методы определения микроэлементов в органах и тканях животных, растений и почвах. - М.: Колос, 1969. - 272 с.

5. Маевский П. Ф. Флора средней полосы Европейской части СССР. -М.:Колос, 1964. - 880с.

6. Эколог ия и железнодорожный транспорт /Под ред. Ю. И. Коробова -М.: ЦНИИТЭИ МПС, 1993.-32с.

7. Лютте У., Хингиботан Н. Передвижение веществ в растении/Пер. с англ. Ю.А. Маузеля. - М.: Колос, 1984. - 408с.

Л.В. Тихонова, Е.А. Затынина

Курганский государственный университет,

кафедра аналитической и неорганической химии;

[email protected];

Т.А. Шингаренко

ООО НПО "Экоцентр";

ekocen [email protected]

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕЛИЧИН ПРИЗЕМНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ ОБЪЕКТОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВИДА ТОПЛИВА

В ходе исследования рассчитаны валовые и максимально-разовые выбросы загрязняющих веществ для трех наиболее распространенных видов топлива: угля, мазута и природного газа. Изучено распределение величин приземных концентраций этих веществ с учетом ПДК, выявлены факторы, влияющие на поля рассеивания. На основании карт рассеивания разработаны предложения по снижению выбросов загрязняющих веществ. Данные работы могут быть использованы

при проведении ведомственного контроля, государственного экологического контроля, формировании системы экологического мониторинга.

Работа проводилась на базе ООО НПО "Экоцентр", при использовании данных центра по гидрометеорологии и мониторингу Курганской области.

Энергетика является одной из наиболее крупномасштабных отраслей промышленного производства. Это основа развития всех отраслей промышленности, определяющих прогресс в целом, но, как любая из отраслей цивилизации, энергетика имеет обратную сторону.

Малые и крупные объекты теплоэнергетики в качестве топлива используют уголь, нефть и нефтепродукты, природный газ и реже - древесину и торф. Основными компонентами горючих материалов являются углерод, водород и кислород, содержатся сера и азот, присутствуют также следы металлов и их соединений (чаще всего оксиды и сульфиды).

При сжигании топлива реализуется первичная (тепловая) энергия, которая может быть преобразована в электрическую с определенным коэффициентом полезного действия (40-44% на тепловых электростанциях, где сжигается углеродсодержащее топливо. Выработка одновременно электрической энергии и горячей воды на теплоэлектроцентралях повышает кпд использования первичной энергии до 80%.

В теплоэнергетике источником массированных атмосферных выбросов и крупнотоннажных твердых отходов являются теплоэлектростанции и любые промышленные и коммунальные предприятия, работа которых связана со сжиганием топлива. В состав отходящих дымовых газов входят диоксид углерода, диоксид и триоксид серы, оксиды азота, бенз(а)пирен и ряд других компонентов, поступление которых в воздушную среду наносит большой ущерб как всем основным компонентам биосферы, так и предприятиям, объектам городского хозяйства, населению городов.

Важнейшими источниками химического загрязнения окружающей среды в России являются промышленные предприятия, тепловые электростанции, котельные и автомобильный транспорт. В нашем регионе имеется одна ТЭЦ и большое количество малых котельных.

Известно, что атмосферное загрязнение в первую очередь влияет на сопротивляемость организма, результатом снижения которой становится повышенная заболеваемость, а также другие физиологические изменения организма. По сравнению с другими источниками химического загрязнения (пища, питьевая вода) атмосферный воздух представляет собой особую опасность, поскольку на его пути нет химического заслона, подобного печени при проникновении загрязняющих веществ через желудочно-кишечный тракт.

Зависимость возможных нарушений здоровья человека от влияния загрязнений окружающей среды тепловыми электростанциями выражается следующим образом: пыль, зола, содержащая свободный оксид кремния и соединения практически всех металлов, в том числе мышьяка, ванадия, ртути, свинца сказываются на уменьшении вентиляционной способности и емкости легких, повреждении слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей. Возникают фиброзные изменения в легких. Происходит накопление в организме диоксида кремния, что приводит к такому заболеванию как силикоз. Выявлено повышение смертности от рака легкого и кишечника.

Сернистый ангидрид и оксид углерода приводят к общему отравлению организма, проявляющемуся в из-